專利名稱：一種BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法，特別是涉及一種架構(gòu)結(jié)構(gòu)清晰，功能更加 強(qiáng)大，便于維護(hù)和修改，可擴(kuò)展性強(qiáng)，在軟件更新和功能擴(kuò)展方面優(yōu)勢明顯的BootLoader 架構(gòu)設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟硬件可剪裁的，適用于對功能、可靠性、成本、體 積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。它具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度 快等特點(diǎn)，特別適合于要求實時和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支 撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，可獨(dú)立工作。 BootLoader是用來完成嵌入式系統(tǒng)啟動和系統(tǒng)軟件加載工作的程序，是系統(tǒng)開發(fā) 中關(guān)鍵的步驟。BootLoader —方面提供強(qiáng)大的程序下載和調(diào)試功能，另一方面要便于擴(kuò)展 更新和軟件升級，給用戶提供一種便于修改，便于在所有微處理器上移植的友好的軟件架 構(gòu)。 不帶BootLoader的嵌入式操作系統(tǒng)靈活性較差，缺少與用戶的信息交互過程，無 法實現(xiàn)便捷有效的參數(shù)傳遞。每次對系統(tǒng)的軟硬件部分做修改，都需要改動系統(tǒng)軟件，對操 作系統(tǒng)重新編譯、調(diào)試、下載，這樣延長了開發(fā)周期，也浪費(fèi)了大量資源，不利于系統(tǒng)的升級 和維護(hù)。 而目前許多帶BootLoader的操作系統(tǒng)都是針對特定的微處理器平臺設(shè)計的，硬 件的修改會對軟件帶來很大的影響，軟件修改的工作量較大，故靈活性也不夠。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種架構(gòu)結(jié)構(gòu)清晰，功能更加強(qiáng)大，便 于維護(hù)和修改，可擴(kuò)展性強(qiáng)，在軟件更新和功能擴(kuò)展方面優(yōu)勢明顯的通用的嵌入式系統(tǒng)啟 動引導(dǎo)程序(Boot Loader)的框架設(shè)計方法。 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種Boot Loader架構(gòu)設(shè)計 方法，該方法包括如下步驟第一步將Flash地址空間劃分為五個區(qū)域，分別為負(fù)責(zé)硬件 平臺的初始化的啟動代碼區(qū)、存放處理器相關(guān)的配置文件以及外圍固件的配置文件的配置 區(qū)、存放啟動代碼和操作系統(tǒng)間需要傳遞交互參數(shù)的參數(shù)區(qū)、保存內(nèi)存內(nèi)核鏡像副本的鏡 像區(qū)以及存放應(yīng)用軟件和用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)； 第二步在啟動代碼區(qū)內(nèi)添加內(nèi)存地址規(guī)劃的配置文件，為平臺上不同的功能模 塊劃分不同的內(nèi)存區(qū)域； 第三步將啟動代碼區(qū)劃分為兩個部分硬件平臺相關(guān)的代碼區(qū)和平臺獨(dú)立的公 共代碼區(qū)； 第四步定制操作系統(tǒng)，制作內(nèi)核鏡像，存放在鏡像區(qū)，在PC機(jī)端邊修改邊調(diào)試， 下載到RAM中測試，最后將穩(wěn)定版本燒寫到Flash的鏡像區(qū)；
第五步在數(shù)據(jù)區(qū)根據(jù)用戶需求添加第三方軟件、用戶程序和數(shù)據(jù)。
其中，所述的啟動代碼區(qū)有兩種操作模式啟動加載模式和下載模式。 其中，所述的啟動加載模式啟動引導(dǎo)代碼首先初始化外圍設(shè)備，從配置區(qū)讀取固
件程序配置到外圍芯片中，然后從目標(biāo)機(jī)上的存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)，即內(nèi)核鏡像，加載到
RAM中運(yùn)行。 其中，所述的下載模式啟動代碼同樣先初始化外圍設(shè)備，配置外圍芯片，然后通過傳輸通道或外部存儲介質(zhì)，將操作系統(tǒng)下載或者復(fù)制到目標(biāo)機(jī)的RAM中，然后寫到目標(biāo)機(jī)的Flash存儲設(shè)備中。 其中，所述的配置區(qū)存放兩類文件一類是和微處理器相關(guān)的配置文件，開發(fā)人員
可根據(jù)具體的硬件平臺選擇合適的配置文件，方便地在不同的處理器間移植，另一類是外
圍固件的配置文件，啟動程序可調(diào)用該文件完成外圍固件的相關(guān)初始化。 其中，所述的參數(shù)區(qū)存放啟動程序和內(nèi)核之間的傳遞參數(shù)，內(nèi)核可以訪問這段區(qū)
域得到相應(yīng)的啟動參數(shù)，靈活地在不同的運(yùn)行模式間切換。 其中，所述的鏡像區(qū)存放著核心的操作系統(tǒng)，被加載到RAM中運(yùn)行。 其中，所述的數(shù)據(jù)區(qū)根據(jù)需要劃分不同的文件系統(tǒng)，保存應(yīng)用程序和用戶數(shù)據(jù)，用
戶在該區(qū)域自由存取數(shù)據(jù)，從外部存儲介質(zhì)拷貝數(shù)據(jù)或讀出數(shù)據(jù)保存到外部存儲介質(zhì)中。 本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明提供的BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法具有以下
優(yōu)點(diǎn)這種BootLoader架構(gòu)結(jié)構(gòu)更加清晰，功能更加強(qiáng)大，便于維護(hù)和修改，可擴(kuò)展性強(qiáng)，
在軟件更新和功能擴(kuò)展方面優(yōu)勢明顯。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)整體框 圖2是本發(fā)明的啟動代碼區(qū)框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)整體框圖，如圖l所示，左側(cè)為一塊Flash芯片，右側(cè)為RAM芯片。Flash中的代碼可以自拷貝到RAM中運(yùn)行，也可以由啟動代碼引導(dǎo)，拷貝到RAM。 將Flash劃分為五個區(qū)啟動代碼區(qū)，配置區(qū)，參數(shù)區(qū)，鏡像區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。啟動代碼
區(qū)存放啟動引導(dǎo)代碼；配置區(qū)存放處理器和外圍固件的配置文件；參數(shù)區(qū)存放啟動程序和
內(nèi)核間的需要傳遞的參數(shù)；鏡像區(qū)存放內(nèi)核鏡像；數(shù)據(jù)區(qū)存放應(yīng)用軟件和用戶數(shù)據(jù)。 A、引導(dǎo)啟動區(qū) 啟動引導(dǎo)代碼有兩種操作模式 1)啟動加載模式 該模式下，啟動引導(dǎo)代碼首先初始化外圍設(shè)備，從配置區(qū)讀取固件程序配置到外圍芯片中，然后從目標(biāo)機(jī)上的某個存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)(即內(nèi)核鏡像)加載到RAM中運(yùn)行，整個過程沒有用戶的介入，也沒有信息交互。該模式為正常的運(yùn)行模式。
2)下載模式 在該模式下，啟動代碼同樣先初始化外圍設(shè)備，配置外圍芯片，然后通過傳輸通道或外部存儲介質(zhì)，將操作系統(tǒng)下載或者復(fù)制到目標(biāo)機(jī)的RAM中，然后寫到目標(biāo)機(jī)的Flash存儲設(shè)備中。可選的傳輸通道包括串口、USB、網(wǎng)絡(luò)等?？蛇x的外部存儲介質(zhì)也很多，例如SD卡、U盤等。該模式通常在第一次安裝操作系統(tǒng)時使用。 具體可將其實現(xiàn)代碼分為兩類與硬件平臺相關(guān)的代碼、平臺獨(dú)立的代碼。這樣，任何硬件平臺的修改只需改動啟動代碼中和硬件平臺相關(guān)的代碼即可，給開發(fā)人員帶來了很大的便利。啟動代碼區(qū)的框圖如圖2所示。基本硬件初始化需要配合具體的板級電路來實現(xiàn)，屬于硬件平臺相關(guān)代碼；內(nèi)存地址規(guī)劃也和板級的存儲設(shè)備相關(guān)，可以由開發(fā)者根據(jù)需求自行規(guī)劃修改，這部分也屬于硬件平臺相關(guān)代碼；網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動和協(xié)議，F(xiàn)lash驅(qū)動和分區(qū)功能等是可以在各平臺之間通用的，屬于平臺獨(dú)立的代碼部分。這里將Flash驅(qū)動歸入公共代碼部分，是考慮到它的重要性，可以將其設(shè)計成大小頁兼容的驅(qū)動，增強(qiáng)通用性。具體來講，和平臺相關(guān)的代碼包括CPU參數(shù)配置，外圍模塊的初始化和驅(qū)動設(shè)計(例如初始化RAM，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動，串口 USB驅(qū)動等)。另外，與平臺無關(guān)的部分包括一些小的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和Flash設(shè)備的分區(qū)功能。協(xié)議棧為網(wǎng)絡(luò)下載提供DHCP，TFTP，UDP等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，F(xiàn)lash分區(qū)功能為鏡像區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)創(chuàng)建分區(qū)。啟動代碼區(qū)還有一個關(guān)鍵的部分是內(nèi)存地址的規(guī)劃，給不同的功能模塊劃分不同的內(nèi)存區(qū)域。科學(xué)合理的分配內(nèi)存地址保障了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。啟動程序還可提供命令行界面，用戶通過選擇不同的方式下載、調(diào)試或運(yùn)行操作系統(tǒng)，具有很大的靈活性。
B、配置區(qū) 配置區(qū)存放兩類文件一類是和微處理器相關(guān)的配置文件，開發(fā)人員可根據(jù)具體的硬件平臺選擇合適的配置文件，方便地在不同的處理器間移植。另一類是外圍固件的配置文件，啟動程序可調(diào)用該文件完成外圍固件的相關(guān)初始化。
C、參數(shù)區(qū) 參數(shù)區(qū)存放啟動程序和內(nèi)核之間的傳遞參數(shù)。內(nèi)核可以訪問這段區(qū)域得到相應(yīng)的啟動參數(shù)，靈活地在不同的運(yùn)行模式間切換。
D、鏡像區(qū) 鏡像區(qū)存放著核心的操作系統(tǒng)，它可以被加載到RAM中運(yùn)行。當(dāng)處于調(diào)試狀態(tài)時，操作系統(tǒng)從PC機(jī)下載到RAM中，邊調(diào)試邊修改?？梢詫⒄{(diào)試完成的穩(wěn)定版本鏡像再復(fù)制到Nand Flash的鏡像區(qū)，覆蓋舊版本。這樣，既方便了操作系統(tǒng)的調(diào)試和錯誤定位，也有效地保證了鏡像區(qū)中操作系統(tǒng)的穩(wěn)定型。
E、數(shù)據(jù)區(qū) 數(shù)據(jù)區(qū)可根據(jù)需要劃分不同的文件系統(tǒng)，保存應(yīng)用程序和用戶數(shù)據(jù)。用戶可在該
區(qū)域自由存取數(shù)據(jù)，從外部存儲介質(zhì)拷貝數(shù)據(jù)或讀出數(shù)據(jù)保存到外部存儲介質(zhì)中。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)
人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本
發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變
化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其
等效物界定。
權(quán)利要求
一種BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于該方法包括如下步驟第一步將Flash地址空間劃分為五個區(qū)域，分別為負(fù)責(zé)硬件平臺的初始化的啟動代碼區(qū)(1)、存放處理器相關(guān)的配置文件以及外圍固件的配置文件的配置區(qū)(2)、存放啟動代碼和操作系統(tǒng)間需要傳遞交互參數(shù)的參數(shù)區(qū)(3)、保存內(nèi)存內(nèi)核鏡像副本的鏡像區(qū)(4)以及存放應(yīng)用軟件和用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)(5)；第二步在啟動代碼區(qū)(1)內(nèi)添加內(nèi)存地址規(guī)劃的配置文件，為平臺上不同的功能模塊劃分不同的內(nèi)存區(qū)域；第三步將啟動代碼區(qū)(1)劃分為兩個部分硬件平臺相關(guān)的代碼區(qū)和平臺獨(dú)立的公共代碼區(qū)；第四步定制操作系統(tǒng)，制作內(nèi)核鏡像，存放在鏡像區(qū)(4)，在PC機(jī)端邊修改邊調(diào)試，下載到RAM中測試，最后將穩(wěn)定版本燒寫到Flash的鏡像區(qū)(4)；第五步在數(shù)據(jù)區(qū)(5)根據(jù)用戶需求添加第三方軟件、用戶程序和數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于所述的啟動代碼區(qū) (1)有兩種操作模式啟動加載模式和下載模式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于所述的啟動加載模 式啟動引導(dǎo)代碼首先初始化外圍設(shè)備，從配置區(qū)讀取固件程序配置到外圍芯片中，然后從 目標(biāo)機(jī)上的存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)，即內(nèi)核鏡像，加載到RAM中運(yùn)行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于所述的下載模式啟 動代碼同樣先初始化外圍設(shè)備，配置外圍芯片，然后通過傳輸通道或外部存儲介質(zhì)，將操作 系統(tǒng)下載或者復(fù)制到目標(biāo)機(jī)的RAM中，然后寫到目標(biāo)機(jī)的Flash存儲設(shè)備中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于所述的配置區(qū)(2) 存放兩類文件一類是和微處理器相關(guān)的配置文件，開發(fā)人員可根據(jù)具體的硬件平臺選擇 合適的配置文件，方便地在不同的處理器間移植，另一類是外圍固件的配置文件，啟動程序 可調(diào)用該文件完成外圍固件的相關(guān)初始化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于所述的參數(shù)區(qū)(3) 存放啟動程序和內(nèi)核之間的傳遞參數(shù)，內(nèi)核可以訪問這段區(qū)域得到相應(yīng)的啟動參數(shù)，靈活 地在不同的運(yùn)行模式間切換。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于所述的鏡像區(qū)(4) 存放著核心的操作系統(tǒng)，被加載到RAM中運(yùn)行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)區(qū)(5) 根據(jù)需要劃分不同的文件系統(tǒng)，保存應(yīng)用程序和用戶數(shù)據(jù)，用戶在該區(qū)域自由存取數(shù)據(jù)，從 外部存儲介質(zhì)拷貝數(shù)據(jù)或讀出數(shù)據(jù)保存到外部存儲介質(zhì)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法。該方法包括如下步驟將Flash地址空間劃分為五個區(qū)域，分別為啟動代碼區(qū)、配置區(qū)、參數(shù)區(qū)、鏡像區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，啟動代碼區(qū)負(fù)責(zé)硬件平臺的初始化；配置區(qū)存放處理器相關(guān)的配置文件以及外圍固件的配置文件，由啟動代碼調(diào)用；參數(shù)區(qū)存放啟動代碼和操作系統(tǒng)間需要傳遞交互的參數(shù)；鏡像區(qū)保存內(nèi)存內(nèi)核鏡像的副本，可隨時進(jìn)行調(diào)試、維護(hù)和更新；數(shù)據(jù)區(qū)存放應(yīng)用軟件和用戶數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法架構(gòu)結(jié)構(gòu)清晰，功能更加強(qiáng)大，便于維護(hù)和修改，可擴(kuò)展性強(qiáng)，在軟件更新和功能擴(kuò)展方面優(yōu)勢明顯的BootLoader架構(gòu)設(shè)計方法。
文檔編號G06F9/445GK101763279SQ201010022850
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者周俊華, 謝皓 申請人:上海維宏電子科技有限公司;上海奈凱電子科技有限公司